DE4239605A1 - Verfahren zur Herstellung von alkoholfreiem Bier und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von alkoholfreiem Bier und eine Vorrichtung hierfür.

Der Begriff "alkoholfreies Bier" bezieht sich in verschiedenen Ländern auf unterschiedliche Produkte. So zum Beispiel wird in Spanien ein Produkt mit einem Alkoholgehalt von weniger als 1 Vol.-% als nicht alkoholisch betrachtet, während die Grenze in Holland hierfür 0,5 Vol.-% beträgt. In den arabischen Staaten darf der Alkoholgehalt von alkoholfreiem Bier nicht 0,05 Vol.-% übersteigen. In den USA und einigen anderen Staaten darf ein Getränk mit einem Alkoholgehalt von weniger als 0,5 Vol.-% nicht als Bier bezeichnet werden. Im Rahmen der Erfindung ist der Begriff "alkoholfrei" dahingehend zu verstehen, daß ein Bier mit gegenüber normalem, alkoholhaltigem Bier stark reduziertem Alkoholgehalt gemeint ist.

Ein üblicher Weg zur Herstellung von alkoholfreiem Bier besteht darin, den Alkohol aus normalem, alkoholhaltigem Bier zu entfernen. Die Verfahren hierfür sind jedoch sehr kostspielig, und die angewandten Verfahrensschritte, wie Destillation und Membrantrenntechnik, führen auch zu einer Entfernung von Aromakomponenten und damit zu einem häufig wäßrig schmeckenden Endprodukt.

Ein anderer Verfahrensweg zur Herstellung von alkoholfreiem Bier benutzt das Kontaktieren der Bierwürze mit aktiver Hefe unter bestimmten Bedingungen. Dieses Verfahren wird üblicherweise in Satzreaktoren und seit neuestem auch mit kontinuierlich arbeitenden Bioreaktoren, die mit immobilisierter Hefe gepackt sind, durchgeführt (europäische Patentanmeldung EP 0 424 794 A2). Die Verfahrensparameter, insbesondere die Temperatur in dem Bioreaktor und die Fließgeschwindigkeit durch den Bioreaktor, werden hierbei so gewählt, daß die Alkoholbildung unterdrückt wird, jedoch andere metabolische Reaktionen mit Hefe, die zur Bildung wichtiger Geschmackskomponenten und zur Reduzierung von ungünstigen Geschmackskomponenten führen, ablaufen können. Die für das Verfahren verwendete Bierwürze wird hierbei auf übliche, für die Herstellung von alkoholfreiem Bier angepaßte Weise hergestellt.

Im Vergleich zu normalem, alkoholhaltigem Bier ist das alkoholfreie Bier empfindlicher gegenüber Mikrobieller Verderbnis während des Herstellverfahrens und auch während der Lagerung. Um ein derartiges Risiko zu vermindern, wird üblicherweise der pH-Wert schon in der Bierwürze reduziert und damit die Stabilität des Produktes gesteigert. Der einfachste Weg besteht hierbei in der Zugabe einer Säure zu der Bierwürze, wobei Milchsäure aus geschmacklichen Gründen bevorzugt ist. Gesetzliche Regelungen einiger Länder verbieten die Säurezugabe in den Verfahrensstrom zur Bierherstellung, wenn die Säure nicht auf natürliche Weise durch Fermentation während des Verfahrens gebildet wird. Hierbei wird dann häufig so vorgegangen, daß man Milchsäure-bildende Bakterien zu Bierwürze in einem Satzfermentator gibt und die dann so behandelte Würze mit der Würze, deren pH-Wert eingestellt werden soll, in bestimmten Verhältnissen vermengt. Das im Satzbetrieb durchgeführte Verfahren zur Ansäuerung der Bierwürze besitzt jedoch den Nachteil, daß das Wachstum und die Aktivität der Milchsäure-produzierenden Bakterien nur schwer kontrollierbar ist, so daß die Menge an produzierter Milchsäure und damit der pH-Wert der behandelten Bierwürze nicht exakt eingestellt werden können. Weiterhin ist die Geschwindigkeit der Milchsäureproduktion im Satzreaktor relativ langsam, so daß insbesondere in großen Brauereien mit einer großen Tagesbraumenge eine große Biomasse eingesetzt werden muß, um genügend Milchsäure zu produzieren und um den geeigneten pH-Wert zu bilden. Insgesamt gesehen ist die Ansäuerung gemäß dem oben dargestellten Satzbetriebsverfahren sehr zeitaufwendig und erfordert häufig sehr große Anlagen.

Die Immobilisierung verschiedener Milchsäure-produzierender Bakterien ist im Stand der Technik bekannt, wobei die Immobilisierung über verschiedene Techniken zum Einschließen oder Einkapseln der Bakterien in Trägermaterialien durchgeführt wird, wie dies z. B. in "Enzymes and Immobilized Cells in Biotechnology", Benjamin/Curnings Publishing Comp., Inc., 1985, herausgegeben von Allan I. Leskin, beschrieben ist. Diese Techniken weisen jedoch entscheidende Nachteile auf, so daß eine Umsetzung in den industriellen Maßstab bisher nicht zufriedenstellend verlief. Die eingesetzten Trägermaterialien, z. B. Alginatperlen, sind vergleichsweise weich und verursachen bei gepackten Bettreaktoren unnötige Druckverluste, wenn hohe Fließgeschwindigkeiten oder große Einheiten verwendet werden. Außerdem wird bei den bekannten Verfahren des Standes der Technik die Immobilisierung nicht in dem Bioreaktor selbst, sondern in einer getrennten Anlage durchgeführt, wenn die Trägerteilchen mit den Bakterien zusammengebracht werden. Schließlich kann das Trägermaterial, wenn das Systsem verunreinigt worden ist oder aus anderen Gründen unterbrochen worden ist, nicht wiederverwendet werden. Die oben dargelegten Nachteile haben dazu geführt, daß der Einsatz immobilisierter, Milchsäure-produzierender Bakterien zur Ansäuerung bei der großtechnischen Bierherstellung als nicht erfolgversprechend angesehen wurde.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, gemäß dem immobilisierte, Milchsäure-produzierende Bakterien zur Ansäuerung der Bierwürze eingesetzt werden, und gleichzeitig die oben genannten Nachteile vermieden werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen.

Die obige, erstgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von alkoholfreiem Bier, wobei der pH-Wert der Bierwürze mit Milchsäure-produzierenden Bakterien eingestellt wird, gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

• a) Bierwürze, die von Hopfen bzw. Hopfenextrakt frei oder im wesentlichen frei ist, durch einen Bioreaktor fließen läßt, der immobilisierte, Milchsäure-produzierende Bakterien auf den Oberflächen eines im wesentlichen nicht komprimierbaren Trägers enthält, der aus einer kontinuierlichen, porösen Matrix oder aus mit Vertiefungen versehenen oder retikulären, porösen Teilchen besteht, wobei die Matrix oder die Teilchen eine Struktur aufweisen, die aus einer lose assoziierten Vielzahl von Mikroteilchen oder Mikrofasern gebildet ist, die chemisch, klebend oder mechanisch zumindest an einigen Kontaktstellen zwischen den einzelnen Mikroteilchen oder Mikrofasern verbunden sind, wobei die Mikroteilchen oder Mikrofasern aus einem Material, insbesondere einem Harz, mit Anionenaustauscher-Eigenschaften zusammengesetzt sind;
• b) die aus dem Bioreaktor erhaltene, angesäuerte Bierwürze in einem Nachbehandlungsbehälter verweilen läßt;
• c) die so behandelte, angesäuerte Bierwürze aus dem Nachbehandlungsbehälter mit nicht-angesäuerter, auf einen bestimmten pH-Wert einzustellender Bierwürze vermengt; und
• d) die Mischung dann in bekannter Weise zu alkoholfreiem Bier weiterverarbeitet.

Die im Schritt a) verwendete Bierwürze beinhaltet keinen bzw. im wesentlichen keinen Hopfen oder Hopfenextrakt, da die Milchsäure-produzierenden Bakterien überwiegend gegenüber den im Hopfen enthaltenen Stoffen empfindlich sind und abgetötet werden.

Vorzugsweise wird die im Schritt a) verwendete Bierwürze derart vorbehandelt, daß sie von unlöslichen Bestandteilen befreit und vorteilhafterweise weiterhin gekocht und/oder mit Stickstoff, Kohlendioxid oder Dampfblasen gespült und/oder geklärt wird. Das Kochen wird üblicherweise bei einer Temperatur von 100-105°C durchgeführt, und das Spülen erfolgt im allgemeinen bei 99-102°C. Die Koch- und Spülschritte dienen insbesondere dazu, Verunreinigungen an DMS und/oder DMSO zu entfernen. Die Klärung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 70-80°C, wobei eine Temperatur von 75°C besonders bevorzugt ist.

Die Bierwürze wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 47 bis 52°C eingestellt, bevor sie in den Bioreaktor gegeben wird. Hierbei ist eine Temperatur von 48°C besonders bevorzugt.

Nach Einstellung der Temperatur und vor Einleitung der Bierwürze in den Bioreaktor kann man Kohlendioxid durch die Bierwürze fließen lassen oder direkt zu dem Strom an Bierwürze hinzugeben, vorzugsweise bis zur Sättigung der Bierwürze. Hierbei wird eine Kohlenstoffquelle, geeignet für metabolische Reaktionen, in die Bierwürze eingeführt. Weiterhin wird auch der pH-Wert gesenkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform läßt man die Bierwürze im Schritt a) bei einer Temperatur von 47 bis 52°C, bei einem Überdruck von 0 bis 5 bar und mit einer Kontaktzeit von 5 bis 60 Minuten durch den Bioreaktor laufen. Besonders bevorzugte Verfahrensparameter sind eine Temperatur von 48°C, ein Überdruck von 0 bis 2 bar und eine Kontaktzeit von 20 Minuten.

Das für die Immobilisierung im Reaktor verwendete Trägermaterial besteht vorzugsweise aus einem Harz, das von Cellulose oder Rayon abgeleitet und chemisch so modifiziert ist, daß es Anionenaustauscher-Eigenschaften besitzt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform beinhaltet Mikrofasern oder Mikroteilchen von Diethylaminoethylen-substituierter Cellulose (DEAE-Cellulose), wobei die Mikroteilchen oder Mikrofasern durch Agglomeration mit Polystyrol klebend verbunden sind. Andere hydrophobe Polymere können neben Polystyrol zum Agglomerieren geeignet sein, wie z. B. Melamin-Formaldehydharze und Epoxyharze.

Das für die Immobilisierung der Milchsäure-produzierenden Bakterien verwendete Trägermaterial kann gemäß einer weiteren Ausführungsform aus porösen, gesinterten Glas- oder Keramikmaterialien bestehen.

Als Milchsäure-produzierende Bakterien werden vorzugsweise homofermentative Bakterien eingesetzt, die im wesentlichen Milchsäure und einige, das Aroma des alkoholfreien Bieres positiv beeinflussende Geschmackskomponenten erzeugen, und die Milchsäure in einer konstanten und ausreichenden Menge produzieren. Beispielhaft können hierbei Bakterien der Stämme Lactobacillus amylovorus, plantarum und helveticus genannt werden.

Die Bakterien können auf dem Träger immobilisiert werden, indem man zunächst vor der Immobilisierung den im Bioreaktor gepackten Träger mit heißer, kaustischer Sodalösung sterilisiert, neutralisiert, mit Wasser spült und dann eine separat gezüchtete Bakteriensuspension durch den Bettträger pumpt, um die Bakterien auf der Oberfläche des Trägers zu binden.

Die Beladungsmenge der Bakterien auf dem Träger liegt vorzugsweise bei 10⁸ bis 10¹² Bakterienzellen/g Träger.

Die Menge an beladenen Träger in dem Bioreaktor und die Verfahrensparameter beim Durchfluß der Bierwürze durch den Reaktor werden vorzugsweise so eingestellt, daß die Milchsäurekonzentration des Ausflusses aus dem Bioreaktor vorzugsweise 2 bis 6 g/l beträgt, wobei ein Wert von 5 g/l besonders günstig ist. Der pH-Wert des Ausflusses liegt hierbei günstigenfalls im Bereich von 3,3 bis 4,0, wobei ein Wert von 3,8 besonders vorteilhaft ist.

Die auf den Träger aufgebrachten Milchsäure-produzierenden Bakterien werden vorzugsweise nach einigen Monaten erneuert, indem man eine wäßrige Lösung von kaustischem Soda (2 Gew.-%) bei einer Temperatur von 60 bis 80°C während einigen Stunden durch den Reaktor fließen läßt, und anschließend diesen, wie oben beschrieben, sterilisiert, neutralisiert, wäscht und mit einer getrennt hergestellten Bakteriensuspension behandelt.

Da bei einer sehr hohen Beladung des Trägers mit den Milchsäure-produzierenden Bakterien und damit bei einer hohen Konzentration an im Reaktor produzierter Milchsäure ein Absterben der genannten Bakterien erfolgen kann, ist es zweckmäßig, die Konzentration der Bakterien in dem Reaktor nicht zu hoch zu wählen, und statt dessen eine Nachfermentation gemäß dem Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Bierwürze wird hierbei nach der Behandlung in dem Bioreaktor in einen Nachbehandlungsbehälter überführt. Gleichzeitig mit der Bierwürze werden geringe Mengen der im Reaktor an den Oberflächen des Trägers adsorbierten Bakterien mit dem Ausfluß in den Nachbehandlungsbehälter überführt. Diese Bakterien bewirken in dem Behälter eine Nachfermentierung, d. h. die Milchsäurekonzentration der Bierwürze steigt in dem Nachbehandlungsbehälter an und der pH-Wert sinkt weiter.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Schrittes b) wird die Verweildauer in dem Nachbehandlungsbehälter so eingestellt, daß die Konzentration der Milchsäure 9 bis 15 g/l, insbesondere bevorzugt 10 g/l, beträgt. Hierbei wird dann günstigenfalls ein pH-Wert im Bereich von 2,8 bis 3,2 eingestellt, wobei der optimale pH-Wert bei (3 liegt.

Im Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aus dem Nachbehandlungsbehälter entnommene, angesäuerte Bierwürze mit nicht-angesäuerter Bierwürze vermengt. Das Mischungsverhältnis wird so eingestellt, daß der resultierende pH-Wert im Bereich von 4,0 bis 4,5, insbesondere bevorzugt bei 4,2, liegt, wenn die Bierwürze im Schritt d) in einem Bioreaktor mit immobilisierter Hefe behandelt wird. Wenn die Bierwürze mit nicht-immobilisierter Hefe im Schritt d) behandelt wird, dann liegt der bevorzugte pH-Wert nach dem Mischen gemäß Schritt c) bei 5,0 bis 5,5.

Die im Schritt c) beigemengte, auf einen bestimmten pH-Wert einzustellende Bierwürze wird hierbei vorzugsweise durch Befreien von unlöslichen Bestandteilen, Kochen und/oder Spülen (mit Stickstoff, Kohlendioxid oder Dampfblasen) und/oder Klären vorbehandelt, wie dies zuvor für die durch Milchsäure-produzierende Bakterien angesäuerte Bierwürze beschrieben wurde.

Gemäß dem Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die auf einen bestimmten pH-Wert angepaßte Bierwürze dann vorzugsweise auf eine Temperatur von 0 bis 2°C gekühlt, filtriert und anschließend mit Hefe behandelt. Vorzugsweise erfolgt die Behandlung mit Hefe in einem Bioreaktor mit immobilisierter Hefe. In einer besonders günstigen Ausführungsform ist hierbei der Träger für die Hefe vom gleichen Typ wie bei der Immobilisierung der Milchsäure-produzierenden Bakterien, d. h. eine kontinuierliche, poröse Matrix oder mit Vertiefungen versehene oder retikuläre, poröse Teilchen, wobei die Matrix oder die Teilchen eine Struktur aufweisen, die aus einer lose assoziierten Vielzahl von Mikroteilchen oder Mikrofasern, die chemisch, klebend oder mechanisch zumindest an einigen Kontaktstellen zwischen den einzelnen Mikroteilchen oder Mikrofasern miteinander verbunden sind, besteht, wobei die Mikroteilchen oder Mikrofasern aus einem Material, vorzugsweise einem Harz, gebildet sind, das Anionenaustauscher-Eigenschaften zeigt. Vorzugsweise ist der Träger aus einem Harz gebildet, das von Cellulose oder Rayon abgeleitet und chemisch modifiziert ist, um Anionenaustauscher-Eigenschaften aufzuweisen. Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform beinhaltet Mikrofasern oder Mikroteilchen aus Diethylaminoethylen-substituierter Cellulose (DEAE-Cellulose), die miteinander durch Polystyrol verklebt und agglomeriert sind.

Eine weitere Ausführungsform beinhaltet als Träger für Hefe poröse, gesinterte Glas- oder Keramikmaterialien.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrensschrittes d) kann der Bioreaktor mehrere Säulen umfassen, die vorzugsweise parallel geschaltet sind und/oder unter Druck stehen.

Der zweite Aspekt der oben skizzierten Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Herstellung von alkoholfreiem Bier, insbesondere zur Ansäuerung von Bierwürze mittels Milchsäure-produzierender Bakterien gelöst, die in der beigefügten Figur näher erläutert ist.

Figur: Fließschema einer Vorrichtung zur Herstellung von alkoholfreiem Bier.

Die Vorrichtung umfaßt einen Behälter zur Herstellung von Maische (1); einen Behälter zum Entfernen unlöslicher Bestandteile (2); einen Kochbehälter (3) ,und/oder eine Gasspülvorrichtung (4) und/oder ein Klärwirbelbecken (5); eine Wärmeaustauschvorrichtung (6); eine Vorrichtung (7) zum Einleiten von CO₂; einen Bioreaktor (8), gepackt mit einem beladenen Träger der oben genannten Art für die Ansäuerung; einen Nachbehandlungsbehälter (9) und eine Temperaturkontrollvorrichtung (10) für die Temperatur im Nachbehandlungsbehalter (9); Vorrichtungen (11) zum Einleiten der angesäuerten Bierwürze aus dem Behälter (9) in eine oder mehrere der folgenden Vorrichtungen (12) bis (17); einen Maischebehälter (12); einen Behälter zum Entfernen unlöslicher Bestandteile (13); eine Kochvorrichtung (14) und/oder eine Gasspülvorrichtung (15) und/oder ein Klärwirbelbecken (16); einen Mischbehälter (17); eine Abkühlvorrichtung (18) für die Mischung der angesäuerten Bierwürze und der nicht-angesäuerten Bierwürze; eine Filtrationseinheit (19); einen Aufbewahrungsbehälter (20); und einen Bioreaktor (21) mit immobilisierter oder nicht-immobilisierter Hefe.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Bioreaktor (21) aus mehreren Säulen, die vorzugsweise unter Druck stehen und/oder parallel geschalten sind.

Das oben skizzierte Verfahren zur Herstellung von alkoholfreiem Bier, gemäß dem kontinuierlich Milchsäure zum Ansäuern der Bierwürze mit Hilfe von immobilisierten, Milchsäure-produzierenden Bakterien erzeugt wird, beinhaltet den Vorteil, daß aufgrund der Bindung der Bakterien an der Oberfläche des Trägers hohe und stabile Zellkonzentrationen erreichbar sind, so daß die Milchsäure in einer ausreichend hohen Menge in kurzem Zeit unter kontrollierten Bedingungen erzeugt werden kann. Das kontinuierliche Verfahren ermöglicht kurze Verweilzeiten der Bierwürze in dem Reaktor und bedingt auch kleinere Maße des Reaktors im Vergleich zum Satzbetrieb. Das behandelte Produkt ist nur mit geringen Mengen an Biomasse verunreinigt, und es bedarf keiner aufwendigen Abtrennoperationen. Der in dem beanspruchten Verfahren speziell verwendete Träger kann wiederholte Male verwendet werden und besitzt eine lange Lebensdauer. Schließlich werden in dem Reaktor, bedingt durch den im wesentlichen nicht komprimierbaren Träger, keine unnötigen Druckverluste erzeugt.

Der Bioreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine hohe Kapazität und beinhaltet eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Herstellung von Milchsäure. Der Bioreaktor kann mehrere Wochen unter Standby-Bedingungen gehalten werden, und kann auf sehr einfache Weise neu gestartet werden. Die Verfahren in dem Bioreaktor können vollständig automatisiert und in einem geschlossenen System durchgeführt werden, so daß ein guter, biologischer Zustand ohne Verunreinigungen durch Fremdbakterien oder Hefezellen erhalten wird. Der erfindungsgemäße Bioreaktor ermöglicht eine kompakte Installation und die Einsparung von Energie und Kosten.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1: Herstellung eines Trägers

Es wurden 25 Teile Cellulose mit 25 Teilen Aluminiumoxid gemischt, und die Mischung wurde mit 50 Teilen Polystyrol auf einen auf 180 bis 200°C erwärmten Zweiwalzenstuhl während etwa 10 Minuten kommpoundiert. Nach dem Abkühlen wurde der Verbundkörper gemahlen und auf eine Teilchengröße von 0,420 bis 0,149 mm zerkleinert.

220 g des zerkleinerten Verbundkörpers wurden in 616 ml Wasser, enthaltend 176 g Na₂SO₄ und 26,4 g NaOH, aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde auf 40°C erwärmt, und dann wurden 57,2 g einer 5%-igen wäßrigen Lösung von Diethylaminoethylchlorid × Hydrochlorid (DEC) zu der Aufschlämmung unter Rühren in einer Menge von 0,7 ml/min während eines Zeitraums von 1 h zugegeben. Anschließend wurden zu der Aufschlämmung 26,4 g NaOH, gelöst in 26 ml Wasser, zugegeben und anschließend weitere 27,25 g DEC-Lösung in einer Menge von 0,7 ml/min.

Die Temperatur der Aufschlämmung wurde auf 60°C erhöht, und diese Temperatur wurde 15 Minuten lang gehalten. Eine Wassermenge, die ungefähr gleich dem Volumen der Aufschlämmung war, wurde zugegeben, und der Verbundkörper wurde auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,250 mm gewonnen. Der Verbundkörper wurde auf dem Sieb mit Wasser gewaschen und dann in einer Volumenmenge Wasser, die der zuvor zugegebenen entsprach, noch einmal aufgeschlämmt. Diese Aufschlämmung wurde mit HCl auf einen pH-Wert von etwa 7 eingestellt, auf Filterpapier entwässert und getrocknet.

Beispiel 2: Immobilisierung der Bakterien auf dem Träger

10 g an granularer DEAE-Cellulose des Beispiels 1 wurden in destilliertem Wasser aufgeschlämmt und 5 Stunden lang unter gelegentlichem Rühren getränkt. Der hydratisierte Träger wurde dann mit destilliertem Wasser dekantiert und in eine Glassäule mit einem inneren Durchmesser von 15 mm überführt, wo er ein Bett mit einer Höhe von 145 mm bildete. Milchsaure-produzierende Bakterien der Art Lactobacillus amylovorus wurden in einer Würze, die keinen Hopfen und keine Hopfenextrakte enthielt, 48 Stunden lang bei 46°C gezüchtet. 50 ml der Zellsuspension wurden durch das Trägerbett mit einer Fließgeschwindigkeit von 25 ml/h gepumpt und anschließend wurden weitere 50 ml destilliertes Wasser hindurchgepumpt. Der Ausfluß der Säule wurde gesammelt, bis er klar war, wobei das gesamte Volumen 75 ml betrug.

Beispiel 3: Behandlung von Bierwürze mit immobilisierten, Milchsäure-produzierenden Bakterien

Bierwürze wurde durch einen Bioreaktor des Beispiels 2 mit einem Durchmesser von 90 cm und einer Betthöhe von 40 cm bei einer Temperatur von 48°C, einem Überdruck von 0,5 bar und einer Kontaktzeit von 20 Minuten geführt. Der Zuckergehalt der zugeführten Bierwürze betrug 15,1% gemäß der Refraktrometerskala von Brix, und der pH-Wert betrug 5,50. Der pH-Wert des Säulenausflusses besaß einen Wert von 3,85, und die Konzentration an Milchsäure betrug 6 g/l.

Claims (23)

1. Verfahren zur Herstellung von alkoholfreiem Bier, wobei der pH-Wert der Bierwürze mit Milchsäure-produzierenden Bakterien eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) Bierwürze, die von Hopfen bzw. Hopfenextrakt frei oder im wesentlichen frei ist, durch einen Bioreaktor fließen läßt, der immobilisierte, Milchsäure-produzierende Bakterien auf den Oberflächen eines im wesentlichen nicht komprimierbaren Trägers beinhaltet, der aus einer kontinuierlichen, porösen Matrix oder aus mit Vertiefungen versehenen oder retikulären, porösen Teilchen zusammengesetzt ist, wobei die Matrix oder die Teilchen eine Struktur aufweisen, die aus einer lose assoziierten Vielzahl von Mikroteilchen oder Mikrofasern besteht, die chemisch, klebend oder mechanisch an mindestens einigen Kontaktstellen zwischen den einzelnen Mikroteilchen oder Mikrofasern miteinander verbunden sind, wobei die Mikroteilchen oder Mikrofasern aus einem Material, vorzugsweise einem Harz, bestehen, das Anionenaustauscher-Eigenschaften aufweist;
• b) die aus dem Bioreaktor erhaltene, angesäuerte Bierwürze in einem Nachbehandlungsbehälter verweilen läßt;
• c) die so behandelte, angesäuerte Bierwürze aus dem Nachbehandlungsbehälter mit nicht-angesäuerter, auf einen bestimmten pH-Wert einzustellender Bierwürze vermengt; und
• d) die Mischung dann in bekannter Weise zu alkoholfreiem Bier weiterverarbeitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die im Schritt a) verwendete Bierwürze vorbehandelt, in dem man sie von unlöslichen Bestandteilen befreit′ und vorzugsweise weiterhin kocht und/oder mit Stickstoff, Kohlendioxid oder Dampfblasen spült und/oder klärt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man die Bierwürze auf eine Temperatur von 47-52°C einstellt, bevor man sie in den Bioreaktor gibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Bierwürze nach Einstellung der Temperatur und vor dem Einleiten in den Bioreaktor mit Kohlendioxid kontaktiert.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man im Schritt a) die Bierwürze bei einer Temperatur von 47 bis 52°C, bei einem Überdruck von 0 bis 5 bar und mit einer Kontaktzeit von 5 bis 60 Minuten durch den Reaktor fließen läßt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Harz ist, das von Cellulose oder Rayon abgeleitet und chemisch modifiziert ist, um dem Harz Anionenaustauscher-Eigenschaften zu verleihen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger aus Mikrofasern oder Mikroteilchen aus Diethylaminoethylen-substituierter Cellulose (DEAE-Cellulose), die miteinander durch Polystyrol verklebt und agglomeriert sind, besteht.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Milchsäure-produzierenden Bakterien homofermentativ gärende Bakterien sind.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bakterien immobilisiert werden, indem man zunächst den in dem Bioreaktor gepackten Träger mit heißer, kaustischer Sodalösung sterilisiert, neutralisiert, mit Wasser spült und dann eine separat erzeugte Bakteriensuspension über den Bettreaktor fließen läßt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladungsdichte des Trägers 10⁸ bis 10¹² Bakterienzellen/g Träger ist.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Milchsäurekonzentration im Ausfluß des Bioreaktors 2 bis 6 g/l beträgt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Ausflusses des Bioreaktors im Bereich von 3,3 bis 4,0 liegt.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bakterien in Intervallen von einigen Monaten durch Spülen des Bioreaktors mit kaustischer Sodalösung (2 Gew.%) bei 60 bis 80°C während einigen Stunden und durch anschließendes Sterilisieren, Neutralisieren, Spülen und Beladen des Trägers mit einer Bakteriensuspension regeneriert werden.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit in dem Nachbehandlungsbehälter im Schritt b) so eingestellt wird, daß die Milchsäurekonzentration 9 bis 15 g/l beträgt und der pH-Wert im Bereich von 2,8 bis 3,2 liegt.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Nachbehandlungsbehälter abgeleitete, angesäuerte Bierwürze mit nicht-angesäuerter, auf einen bestimmten pH-Wert einzustellender Bierwürze im Schritt c) in einem Mischungsverhältnis vermengt wird, daß der pH-Wert der Mischung im Bereich von 4,0 bis 4,5 liegt, und daß die gemischte Bierwürze im Schritt d) in einem Bioreaktor mit immobilisierter Hefe behandelt wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die aus dem Nachbehandlungsbehälter abgeleitete, angesäuerte Bierwürze mit nicht-angesäuerter, auf ein bestimmten pH-Wert einzustellender Bierwürze im Schritt c) in einem Mischungsverhältnis vermengt wird, daß der pH-Wert der Mischung im Bereich von 5,0 bis 5,5 liegt, und daß die gemischte Bierwürze im Schritt d) in einem Bioreaktor mit nicht-immobilisierter Hefe behandelt wird.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-angesäuerte, auf einen bestimmten pH-Wert einzustellende Bierwürze vor dem Vermengen mit der angesäuerten Bierwürze von unlöslichen Bestandteilen befreit, gekocht und/oder mit Stickstoff, Kohlendioxid oder Dampfblasen gespült und/oder geklärt wird.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bierwürze nach dem im Schritt c) durchgeführten Mischen auf eine Temperatur von 0 bis 2°C gekühlt, filtriert und mit Hefe behandelt wird.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 15, 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hefe auf der Oberfläche eines im wesentlichen nicht komprimierbaren Trägers immobilisiert ist, der aus einer kontinuierlichen, porösen Matrix oder aus mit Vertiefungen versehenen oder retikulären, porösen Teilchen besteht, wobei die Matrix oder die Teilchen eine Struktur aufweisen, die aus einer lose assoziierten Vielzahl von Mikroteilchen oder Mikrofasern besteht, die chemisch, klebend oder mechanisch zumindest an einigen Kontaktstellen zwischen den einzelnen Mikroteilchen oder Mikrofasern verbunden sind, wobei die Mikroteilchen oder Mikrofasern aus einem Material, vorzugsweise einem Harz, mit Anionenaustauscher-Eigenschaften bestehen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger ein Harz ist, das von Cellulose oder Rayon abgeleitet ist und das chemisch modifiziert ist, um Anionenaustauscher-Eigenschaften aufzuweisen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger aus Mikrofasern oder Mikroteilchen aus Diethylaminoethylen-substituierter Cellulose (DEAE-Cellulose), die mit Polystyrol verklebt und agglomeriert sind, besteht.

22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie
einen Behälter zur Herstellung von Maische (1);
einen Behälter zum Entfernen unlöslicher Bestandteile (2);
eine Kochvorrichtung (3) und/oder eine Gasspülvorrichtung (4) und/oder ein Klärwirbelbecken (5);
einen Wärmeaustaucher (6);
eine Vorrichtung (7) zum Einleiten von CO₂ in die Bierwürze;
einen Bioreaktor (8) mit auf den Oberflächen eines Trägers gemäß Anspruch 1 immobilisierten, Milchsäure-produzierenden Bakterien;
einen Nachbehandlungsbehälter (9);
eine Temperaturkontrollvorrichtung (10) für die Einstellung der Temperatur in dem Nachbehandlungsbehälter (9);
Vorrichtungen (11) zum Einleiten der angesäuerten Bierwürze aus dem Behälter (9) in eine oder mehrere der folgenden Vorrichtungen (12) bis (17);
einen Behälter zur Herstellung von Maische (12), einen Behälter zum Entfernen unlöslicher Bestandteile (13);
eine Kochvorrichtung (14) und/oder eine Gasspülvorrichtung (15) und/oder ein Klärwirbelbecken (16);
einen Mischbehälter (17);
eine Abkühlvorrichtung (18) für die Mischung der angesäuerten Bierwürze und der nicht-angesäuerten Bierwürze;
eine Filtrationseinheit (19);
einen Aufbewahrungsbehälter (20); und
einen Bioreaktor (21) mit immobilisierter oder nicht-immobilisierter Hefe umfaßt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bioreaktor (21) mehrere Säulen, die vorzugsweise unter Druck stehen und/oder parallel angeordnet sind, umfaßt.